Эквивалентные схемы каскада ОЭ по постоянному

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 5Следующая ⇒

и переменному току…………………………………………………27

3.3 Использование эквивалентной схемы Эберса-Молла……...28

Глава IV Усилители с ОК и ОБ.

4.1. Усилитель с ОК………………………………………………..31

4.2. Непосредственная связь между каскадами. Усилители постоянного тока…………………………………………………....35

4.3. Простейшие источники опорного напряжения на основе эмиттерного повторителя………………………………………….40

4.4. Схема с общей базой (ОБ)…………………………………….41

Глава V Операционный усилитель (ОУ).

5.1 Коррекция фазо-частотных характеристик (ФЧХ) ОУ…..44

5.2 Условие устойчивости ОУ……………………………………45

5.3 Коррекция ЧФХ интегрирующего типа……………………49

5.4 Коррекция ЧФХ дифференцирующего типа………………52

5.5 Коррекция ЧФХ двухкаскадным ОУ……………………….54

Глава VI Дифференциальный каскад.

6.1 Дифференциальный каскад…………………………………55

6.2 Коэффициенты усиления……………………………………..57

6.3 Метод анализа симметричного ДК………………………….58

6.4 Эквивалентная полусхема для синфазного сигнала……...59

6.5 Эквивалентная полусхема для дифференциальной составляющей сигнала………………………………………..61

6.6 Анализ несбалансированного ДК……………………………64

6.7 Точностные параметры ДК…………………………………..66

ПРЕДИСЛОВИЕ

СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ.

СОЭ (схема с ОЭ) – схема с общим эмиттером.

СОБ (схема с ОБ) – схема с общей базой.

СОК (схема с ОК) – схема с общим коллектором.

БТ – базовый ток.

БТ – биполярный транзистор

ОС – обратная связь

ООС – отрицательная обратная связь

ОУ – операционный усилитель

ФЧХ – фазо-частотная характеристика

АЧХ – амплитудно-частотная характеристика

РМС – режим малого сигнала

РБС – режим большого сигнала

ДК – дифференциальный каскад

ИСТ – источник стабильного тока

ОБ – общая база

ИС – интегральная микросхема

U_бэ - напряжение база – эмиттер

U_б - напряжение на базе

U_к - напряжение на коллекторе

U_э - напряжение на эмиттере

Uэрли - напряжение Эрли перехода

I_k - коллекторный ток

Iк⁰ – режимный ток в рабочей точке А.

Is – обратный тепловой ток pn –

r_э- дифференциальным сопротивлением эмиттерного перехода.

R^/_вых - выходное сопротивление

R^/вх- входное сопротивление

r_к _{, -}внутреннее сопротивление

k – постоянная (не изменяется во времени или по амплитуде), коэффициент усиления

K’_u - коэффициент усиления по напряжению

K^/_u_макс- максимально достижимый коэффициент усиления

K^/u_(н) – коэффициент передачи нагруженного усилителя

m – поправочный коэффициент, равный 1 – 2

эк - коэффициент обратной передачи

j_T=kT/q – термический потенциал

к = 1, 38·10²³ Дж/K – постоянная Больцмана

T = ⁰C + 273 – температура.

А {Iк⁰; Uк⁰} - рабочая точка

S’ – крутизна

, коеффициент усиления по току при постоянном Uкэ.

Wб - ширина базы транзистора

ГЛАВА I

Схема с общим эмиттером (ОЭ)

1. Характеристики и параметры транзисторов в режиме малого сигнала.

Для исследования свойств транзистора рассмотрим семейство его входных I_k=F(U_бэ) и выходных I_k=F(U_кэ) вольт-амперных характеристик (ВАХ), показанных на рис.1.1 рис1.2.

рис.1.1 входная ВАХ рис.1.2 ВАХ

Входная ВАХ, то есть зависимость коллекторного тока от напряжения U_бэ, называется также передаточной характеристикой. Из рис.1.1 видно, что небольшие изменения напряжения U_бэ приводят к значительному изменению коллекторного тока I_к. Известно, что передаточная характеристика транзистора является экспоненциальной функцией:

Iк=Is(T^oк_,Uкэ)(exp(Uбэ/mj_T)-1), (1.1)

где

Is – обратный тепловой ток pn – перехода

m – поправочный коэффициент, равный 1 – 2.

j_T=kT/q – термический потенциал

к = 1, 38·10²³ Дж/K – постоянная Больцмана

T = ⁰C + 273 – температура.

В усилительном режиме транзистор работает в нормальной активной области (U_б< U_к и U_б> U_э). Считая для простоты, что m = 1 и пренебрегая единицей во втором сомножителе, получаем

Iк=Is·exp(Uбэ/j_T) (1.2)

Легко показать, что если Iк = 1 мА и Is = 10^-15 А, то Uбэ = 650 мВ.

При уменьшении коллекторного тока до единиц – десятков мкА напряжение Uбэ 500 мВ, при увеличении тока до (10 - 15) мА напряжение Uбэ (0, 75 – 0, 85) В.

Транзистор как линейный усилитель

Часто транзистор можно рассматривать как линейный усилитель.

Это справедливо в рабочей точке А {Iк⁰; Uк⁰}, в окрестности которой осуществляется управление малым сигналом. При расчете схем передаточная характеристика заменяется касательной в рабочей точке А (рис 1.3).

Крутизна S’

Изменение коллекторного тока I_к в зависимости от напряжения U_бэ характеризуется крутизной S’.

бэ_, (1.3)

при условии, что Uкэ=const

Величину S^/ можно рассчитать, если подставить (1.2) в (1.3).

S^/= exp(Uбэ/j_T)=Iк⁰/j_T, (1.4)

где

Iк⁰ – режимный ток в рабочей точке А.

Величина, обратная крутизне, называется дифференциальным сопротивлением эмиттерного перехода.

r_э = 1 S^/ = jT Iк⁰ (1.5)

1.4 Выходное сопротивление R^/_вых

Выходное сопротивление R^/_выхравно

R^/вых=rкэ= Uкэ Iк (1.6)

при постоянном напряжении Uбэ

Из рис.1.2 видно, что с увеличением коллекторного тока R^/_вых уменьшается, так как увеличивается наклон выходной ВАХ. Таким образом, сопротивление rкэ обратно пропорционально Iк.

I_к·r_к = Uэрли = const (1.7)

Пример.

Типичная величина напряжения Эрли Uэрли 100 В, поэтому при Iк⁰ = 1 мА и Uэрли =100 В, r_к(оэ) = 100 кОм.

(Часто в отечественной литературе rк(оэ) обозначается индексом r*к[1].)

Из (7) следует, что при уменьшении тока Iк, сопротивление rк возрастает, так как Uэрли=const.

1.5 Входное сопротивление R^/вх

Входной ток биполярного транзистора, в отличие от МДП – транзистора, не равен нулю. Поэтому при подключении входного источника сигнала с конечным внутренним сопротивлением Rг, только часть входного сигнала дойдет до базы транзистора из-за конечного входного сопротивления транзистора R^/_вх.

R^/вх= Uбэ Iб= Uбэ = (1.8)

при постоянном Uкэ, где

, коеффициент усиления по току при постоянном Uкэ.

Следует заметить, что пропорциональность между коллекторным и базовым током имеет место только в ограниченной области тока (рис.1.4).

рис 1.4 Зависимость коэффициента от величины коллекторного тока.

1.6 Коэффициент обратной передачи, эк

При изменении напряжения на коллекторном переходе происходит модуляция ширины базы транзистора Wб, что приводит к изменению коэффициента , а следовательно, входного напряжения Uбэ.

Uбэ Uк, (1.9)

при постоянном Iб.

Переходя к приращениям, получим

Uбэ Uкэ = Uбэ ( Iк·r_к) =

=1/(S^/·r_к)=j_T/(I^oк·r_к)=j_T/Uэрли (1.10)

Пример.

Если Uэрли = 100 В и j_T₌25мВ, то _эк=25*10^-4.

Так как величина эк мала, влиянием обратной передачи можно пренебречь.

На высоких частотах, коэффициентом _эк уже нельзя пренебречь. Его следует принимать во внимание при рассмотрении влияния емкости коллектор-база. Особенно важным этот коэффициент становится при рассмотрении точностных свойств дифференциального каскада.

1.7 Коэффициент усиления K’_u СОЭ

Пренебрегая наклоном семейства выходных ВАХ (то есть считая их пологими), можно определить приращение коллекторного тока I_к

Iк=S/ U_бэ (1.11)

Тогда коэффициент усиления по напряжению можно найти как

Uвых Uвх = – Uк Uбэ =

– Uбэ=–S^/·Rк (1.12)

Пример.

I_к⁰ = 1 мА, R_к = 5 кОм, то K^/_u = –S^/*Rк=j_т*Rк Iк⁰= -40 мА/В * 5К= -200.

Здесь знак минус (-) означает, что фаза выходного сигнала сдвинута относительно фазы входного сигнала на 180⁰. Формула для коэффициента K^/_u выведена без учета влияния R^/вх и R^/вых.

1.8 Влияние R^/_вых.

Из рис.1.5 следует, что Iк= I^/к + I^//к, где

I^/к=S^/ U_бэ

I^//к= Uк Rвых = Uк rкоэ

Iк= S^/ Uбэ + Uк rк_оэ (1.13)

рис 1.5 ВАХ

Подставим в (1.12) значение Iк из (1.13), получим

Uвых Uвх = –S^/(R_к|| r_к) (1.14)